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第五章 复合材料湿热效应 §5.1 单向板的热变形系数湿热效应产生原因：一是高温固化，常温使用；二是地理位置差异。
不管何种原因，都将引起复合材料单向板的湿热变形（树脂基易于吸水）。
因纤维、树脂的是热系数不同，单向板的纵向、横向变形就不一致，表现出了热性能的各向异性。
由于不同铺层的单层板粘合在一起，限制了各单层的自由变形，层合板协调的整体变形必将使各铺层产生残余应变和残余应力，是层合板的力学性能降低。
一、单向板的热膨胀系数当温度变化ΔT 时，自由状态下单层板两个主方向的应变应为T⎪⎭⎪⎬⎫⎪⎩⎪⎨⎧1221γεε＝⎪⎭⎪⎬⎫⎪⎩⎪⎨⎧1221αααT ∆＝{}2,1αT ∆ 1α 、2α为单向板的纵横（1、2）向热膨胀系数，12α为纵横向热角变系数，为0值。
偏轴情况下 Txy y x ⎪⎭⎪⎬⎫⎪⎩⎪⎨⎧γεε＝⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎣⎡---22222222n m m n m n m n m n m n n m T⎪⎭⎪⎬⎫⎪⎩⎪⎨⎧1221γεε 或 {}T y x ,ε＝[]εT {}T 2,1ε＝[]εT {}2,1αT ∆＝{}y x ,αT ∆偏轴线胀系数为 x α＝1αcos 2θ+2α sin 2θ y α＝1αsin 2θ+2α cos 2θ xy α＝2(1α-2α)sin θcos θx α、y α、xy α为偏轴（X 、Y ）方向的热膨胀系数及热角变系数，显然，12α＝0，而xy α≠0。
二、单向板的湿膨胀系数材料吸水后会发生膨胀，应变为 H⎪⎭⎪⎬⎫⎪⎩⎪⎨⎧1221γεε＝⎪⎭⎪⎬⎫⎪⎩⎪⎨⎧1221βββC ＝{}2,1βC1β 、2β为1、2方向湿膨胀系数，12β为湿角变系数（为0）， C 称为吸水浓度，C ＝吸水量／干燥试件质量。
同样，偏轴湿膨胀系数为 ⎪⎭⎪⎬⎫⎪⎩⎪⎨⎧xy y x βββ＝[]εT ⎪⎭⎪⎬⎫⎪⎩⎪⎨⎧1221βββ＝{}y x ,βHxy y x ⎪⎭⎪⎬⎫⎪⎩⎪⎨⎧γεε＝⎪⎭⎪⎬⎫⎪⎩⎪⎨⎧xy y x βββ C = {}y x ,βC§5.2 单层板湿热膨胀系数预测本节主要讨论如何用纤维、树脂的湿热膨胀系数和模量来预估单层板的主向湿热膨胀系数。
层合板湿热环境的力学性能研究摘要：以某型号复合材料层压结构为研究对象，对其在各种温度和湿度组合条件下的复合材料使用性能进行试验和评估，证明其在该条件下弯曲强度、模量和层间剪切强度的性能保持率较高。
关键词：复合材料层合板湿热性能随着科技发展，纤维增强树脂基复合材料因其良好的力学性能已被广泛应用于航空，航天，船舶，交通等领域。
复合材料具有较强的吸水能力，其使用性能受湿热环境的影响特别显著，因此，工程实际中必须对各种温度和湿度组合条件下的复合材料使用性能进行试验和评估。
1.试验的准备及试验过程复合材料的吸湿是一个缓慢的湿度弥散过程，其含湿量为结构重量中所含水分重量的百分比，故亦叫吸水率。
吸水率的大小受环境温度、相对湿度、不同材料体系、层压板厚度和基体的含湿量等的影响。
经过长期吸湿，复合材料内的水分达到平衡状态，称为饱和吸水率[1]。
饱和吸水率主要取决于环境相对湿度和不同的材料体系。
1.1. 试样结构本研究中，试样采用环氧树脂单向碳纤维复合材料，基体是一种新型的中温改性环氧树脂，增强材料是日本东丽公司生产的15000碳纤维，选取三种不同的成形方式：真空法成形，模压法成形和热压罐成形。
1.2. 湿热试验将所有试件和跟随件烘干使之达到工程干态。
将工程干态试样置于湿热环境箱中，在温度为71 1℃、相对湿度为95 5%RH的环境下吸湿。
用分析天平称跟随件质量。
称重时，需先将跟随件从环境箱中取出，冷却到室温后，用干布搽拭表面，然后放入天平称重。
当跟随件的工程吸湿量达到所要求的百分数时，将试件达到所要求的吸湿量以后，就进行试验。
2 试验结果与讨论2.1. 湿热对复合材料吸湿率的影响在使用条件下，湿扩散是在整个寿命期内进行的，因此，研究吸湿对复合材料性能的影响是十分必要的。
温度和湿度对复合材料基体的影响比纤维大的多，一般情况下可忽略对纤维的影响。
环氧复合材料基体具有较好的耐湿热性能，吸湿率较低，其碳纤维复合材料的耐湿热性能有明显的改善。
复合材料夹层结构湿热试验1. 引言1.1 概述概述部分内容：复合材料夹层结构广泛应用于各个领域，如航空航天、汽车制造、建筑等。
夹层结构由两个或多个不同材料层组成，通过粘合或堆叠在一起，形成具有特定性能和功能的材料。
相比于传统材料，复合材料夹层结构具有重量轻、强度高、耐热、耐腐蚀等优点，因此备受关注。
湿热试验是评估复合材料夹层结构在湿热环境下性能稳定性的一种重要方法。
通过将样品暴露在高温高湿的环境中，模拟真实使用条件下的气候环境，来测试材料的耐候性、强度和粘接性能等关键指标。
湿热试验能够帮助工程师和科研人员了解材料在潮湿和高温环境下的性能变化规律，提供可靠的数据支持来指导材料开发、设计优化和工业应用。
本文旨在探讨复合材料夹层结构在湿热试验中的表现以及湿热试验对复合材料夹层结构性能的影响因素。
首先，我们将介绍复合材料夹层结构的定义和特点，以及其在各个领域的应用。
然后，我们将详细描述湿热试验的定义和目的，并探讨湿热试验对复合材料夹层结构性能的影响因素。
最后，我们将总结结论，提出一些对于未来研究的展望。
通过对复合材料夹层结构湿热试验的研究，我们可以更深入地理解复合材料夹层结构在实际应用中的性能和稳定性，为复合材料的开发和应用提供有效的参考和指导。
同时，对于相关领域的工程师和科研人员，本文也可作为他们进行复合材料夹层结构湿热试验和性能评估时的重要参考资料。
1.2 文章结构文章结构部分的内容可以根据以下描述进行编写：文章结构部分旨在向读者展示本文的框架和组织方式。
本文将按照以下几个主要部分进行撰写和论述。
首先，我们将在引言部分给出本文的概述，简要介绍复合材料夹层结构湿热试验的背景和重要性。
接着，我们将详细介绍本文的目的，即通过分析复合材料夹层结构湿热试验的定义和影响因素，探讨其在实际应用中的作用和意义。
然后，正式进入正文部分。
在第二节中，我们将首先对复合材料夹层结构进行定义和特点的阐述，以便读者对其有一个基本的了解。
复合材料层合板在不同温度场中的热屈曲行为
田新鹏;李金强;郭章新;韩志军
【期刊名称】《太原理工大学学报》
【年(卷),期】2016(47)2
【摘要】基于经典冯·卡门(Von Karman)平板理论,运用哈密顿(Hamilton)原理,分别对复合材料层合板在均匀温度场下和非均匀温度场下的热屈曲行为进行研究,并探讨层合板的边界条件对临界屈曲温度的影响.利用ANSYS软件模拟获得了与MATLAB软件相一致的数值结果,验证了本文理论和程序的可靠性.结果表明,均匀温度场下,层合板的临界屈曲温度与其边界条件和铺层角度密切相关;非均匀温度场下,层合板的临界屈曲温度受温度分布、振动模式和边界条件的影响.
【总页数】6页(P264-269)
【作者】田新鹏;李金强;郭章新;韩志军
【作者单位】太原理工大学力学学院,太原 030024;太原理工大学力学学院,太原030024;太原理工大学力学学院,太原 030024;太原理工大学力学学院,太原030024
【正文语种】中文
【中图分类】O242.21;O343.6
【相关文献】
1.纤维增强正交各向异性复合材料层合板的湿热屈曲 [J], 刘述伦;薛江红;王璠
2.含分层损伤的复合材料加筋层合板的非线性热屈曲分析 [J], 陈浩然;尹向勇;郭兆
璞;孙先念
3.复合材料层合板的热屈曲荷载的优化设计 [J], U. Topal; U. Uzman
4.不同对流换热条件下复合材料层合板固化温度场与热应力分析 [J], 顾威; 陈淑仙
5.不同对流换热条件下复合材料层合板固化温度场与热应力分析 [J], 顾威;陈淑仙因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
湿热对玻璃纤维复合材料层合板性能的影响屈腾腾;张晓洁;童俊梅;胡锐【摘要】Glass fiber composite material is composed of glass fiber and resin,with high mechanical properties,low density,low cost characteristics.However,in the use and maintenance of aircraft,the moisture absorption of composite materials is inevitable,and can not be simulated well.This article analyzes moisture diffusion process through Tencate 7781 Glass fiber composite specimens conditioned in hygrothermal environment when effective moisture equilibrium is achieved.It indicates that mechanical property and glass transition temperature of wet composite would decline to different extent by contrasting with dry material,and the reason for descending is also analyzed preliminarily.%玻璃纤维复合材料由玻璃纤维和树脂组成,具有较高的机械性能及低密度、低成本的特点.然而在飞机的使用和维护中,复合材料的吸湿不可避免,而且不能很好模拟.通过对Tencate 7781玻璃纤维复合材料试样高温吸湿处理,分析了其吸湿扩散过程,对比室温干态的材料性能数据,显示复合材料力学性能和玻璃化转变温度均有不同程度的下降,并分析了下降的原因.【期刊名称】《航空制造技术》【年(卷),期】2017(000)019【总页数】5页(P101-104,109)【关键词】玻璃纤维;复合材料层合板;湿热;吸湿;性能【作者】屈腾腾;张晓洁;童俊梅;胡锐【作者单位】中航通飞华南飞机工业有限公司,珠海519040;中航通飞华南飞机工业有限公司,珠海519040;中航通飞华南飞机工业有限公司,珠海519040;中航通飞华南飞机工业有限公司,珠海519040【正文语种】中文玻璃纤维复合材料是由玻璃纤维和树脂组成，具有较高的机械性能及低密度、低成本的特点。
复合材料机械连接湿热效应及预紧力衰减规律研究复合材料具有强度高、可设计性好、耐腐蚀、降低维护成本等优良特性,在航空、航天以及军事领域得到了广泛应用。
由于在工程应用中受到技术水平的限制或者结构设计的需要,例如拆装方便和维护方便,复合材料结构的设计中必须安排一定数量的连接。
复合材料连接在长期贮存件下,受残余应力、吸湿以及预紧力衰减等因素影响,其力学性能不断下退化。
连接往往是结构的薄弱环节,因此,建立和发展湿热环境下复合材料连接性能的预报和分析方法,研究其性能演变规律,对提高复合材料结构设计水平和安全评价具有重要意义。
本文以典型的T300/AG80复合材料机械连接为研究对象,研究了复合材料热残余应力预报方法,应力-吸湿耦合模型,以及基于粘弹性理论的复合材料连接预紧力衰减预报模型,分析了温度、湿度和预紧力衰减等因素对复合材料连接性能的影响。
具体工作如下:建立了考虑了泊松效应的复合材料单胞模型,计算了单胞的纤维和基体材料热应力分布,给出了复合材料等效热胀系数的理论预报方法。
采用材料膨胀系数测试仪,测量了T300/AG80复合材料的热胀系数,热膨胀系数的理论预报和试验结果比较误差小于9%。
结合等效热膨胀系数预报方法,建立了复合材料热残余应力以及变形预报模型,同时进行了有限元分析。
试验测量了复合材料层板的热变形,对比试验、有限元模拟和理论预报结果,三者的复合材料温度-变形曲线吻合良好。
在Fick第二定律的基础上,建立了复合材料等效扩散时间模型,推导了三维应力状态下基体材料应力与扩散系数的耦合关系方程,并进一步建立了考虑应力-吸湿耦合关系的复合材料层板吸湿模型。
与其它模型相比,该模型可以准确的预报复合材料吸湿过程中,吸湿率与时间关系曲线出现的异常行为。
采用ASTMD5229标准,进行了复合材料吸湿试验研究,与试验结果比较表明,应力-吸湿耦合模型预报的吸湿率与试验结果吻合良好。
基于应力-吸湿耦合模型,计算了复合材料层板厚度方向的应力分布情况,采用有限元方法分析了复合材料厚度方向的吸湿率和应力分布,与理论预报结果吻合很好。
湿热环境下复合材料含孔层合板静力拉伸性能及工程估算模型贾宝惠;任鹏;宋挺;卢翔;熊亿杰;杨霄【期刊名称】《高分子材料科学与工程》【年(卷),期】2024(40)2【摘要】湿热环境下的复合材料结构件力学性能预测对其工程应用具有重要意义。
文中针对复合材料层合板静力拉伸性能和强度预测问题,开展6种湿热环境下复合材料含孔层合板的静力拉伸试验,分析其结构失效响应及损伤表征。
基于应力场强法建立湿热环境下复合材料含孔层合板工程估算模型,与有限元渐进损伤模型和试验结果进行对比,分析了湿热环境对含孔层合板力学性能和拉伸失效的影响。
结果表明,工程估算模型预测结果与有限元及试验结果误差范围较小,可用于预测温度和吸湿率对含孔层合板拉伸失效强度的影响;相比于室温干态,75℃吸湿饱和态下试件拉伸失效强度下降了6.1%;25℃干态和75℃吸湿饱和态下含孔层合板0°铺层出现最为严重的纤维拉伸失效,90°铺层出现最为严重的基体拉伸失效,纤维拉伸失效和基体拉伸失效为层合板主要破坏模式;通过扫描电镜对75℃吸湿饱和态下层合板厚度方向微观形貌进行分析,发现试件0°方向纤维与树脂的脱粘程度加重且出现明显的裂痕,90°方向纤维分布较为齐整,但黏附的树脂较少。
【总页数】14页(P101-114)【作者】贾宝惠;任鹏;宋挺;卢翔;熊亿杰;杨霄【作者单位】中国民航大学交通科学与工程学院;中国民航大学航空工程学院【正文语种】中文【中图分类】TB33【相关文献】1.含孔层合板剩余强度估算的应力场强法工程简化模型2.湿热环境下开孔复合材料层合板的强度3.拉伸载荷下含孔复合材料层合板的力学性能及失效机理4.低温条件下含孔碳纤维复合材料层合板拉伸损伤特性研究5.湿热环境下ZT7H/5429复合材料层合板的拉伸性能因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
